CN112908847B - Bpsg膜层处理方法及半导体中间产品 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种BPSG膜层处理方法及半导体中间产品，该方法用于对BPSG工艺中断后的所得产品中的BPSG膜层进行处理，所得产品包括位于BPSG膜层之下的LTO‑PETEOS膜层以及位于其下的晶圆，该方法包括：对所得产品进行干法刻蚀，将其中的BPSG膜层全部刻蚀掉；使用湿法工艺清洗干法刻蚀的残留物，并对干法刻蚀后的LTO‑PETEOS膜层的表面进行平滑处理；在LTO‑PETEOS膜层的表面生长目标厚度的BPSG膜层。本发明通过对BPSG工艺中断后BP％浓度已经变化的BPSG膜层进行干法刻蚀去除，保证有问题的膜层彻底去除干净，而后再补长全部膜层，保证返工的BPSG膜层BP％无偏离和膜质完好无损。

Description

BPSG膜层处理方法及半导体中间产品
技术领域
本发明涉及半导体制造领域，特别涉及一种BPSG膜层处理方法及半导体中间产品。
背景技术
BPSG(boro-phospho-silicate-glass，硼磷硅玻璃)是掺杂了硼和磷的二氧化硅，由于硼磷杂质的加入使二氧化硅原有的有序网络结构变得疏松，在高温条件下某种程度上BPSG具有像液体一样的流动能力，对孔洞有良好的填充能力，并提高了整个平面的平坦性。BPSG作为前后道隔离层在半导体工艺中起着至关重要的作用，尤其是BPSG的BP％(硼磷含量)的大小影响着膜质的致密度、膜质的刻蚀速率和膜质的reflow(流动)效果，进而影响着器件的稳定性和可靠性。
然而在BPSG工艺过程中会遇到规则参数出现异常或者工艺腔出错而出现报警，进而工艺BPSG过程被中断，此时工艺中断过程中及末期生长的BPSG膜层的膜质跟正常工艺的膜的膜质会有很大的区别，尤其是BP％的含量偏离比较大，膜质比较疏松，严重影响产品后续的可靠性，导致器件失效，最终产品报废。
发明内容
本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术中BPSG工艺中断时BPSG膜层的BP％发生偏离影响产品质量的缺陷，提供一种BPSG膜层处理方法及半导体中间产品。
本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题：
本发明提供一种BPSG膜层处理方法，用于对BPSG工艺中断后的所得产品中的BPSG膜层进行处理，所述所得产品还包括位于所述BPSG膜层之下的LTO-PETEOS(低温氧化-等离子体增强正硅酸乙酯薄膜)膜层以及位于所述LTO-PETEOS膜层之下的晶圆，所述BPSG膜层处理方法包括以下步骤：
对所述所得产品进行干法刻蚀，将所述所得产品中的BPSG膜层全部刻蚀掉；
使用湿法工艺清洗所述干法刻蚀的残留物，并对干法刻蚀后的所述LTO-PETEOS膜层的表面进行平滑处理；
在所述LTO-PETEOS膜层的表面生长目标厚度的BPSG膜层。
较佳地，在将所述所得产品中的BPSG膜层全部刻蚀掉后，继续干法刻蚀将所述LTO-PETEOS膜层刻蚀掉第一厚度，所述第一厚度小于所述LTO-PETEOS膜层的规定厚度；
在所述LTO-PETEOS膜层的表面生长目标厚度的BPSG膜层之前，生长所述第一厚度的LTO-PETEOS膜层。
较佳地，所述LTO-PETEOS膜层的规定厚度与所述第一厚度的差值大于一预设阈值。
较佳地，所述预设阈值为500A。
较佳地，所述湿法工艺依次使用SPM(硫酸-过氧化氢混合物)去胶、HF(氢氟酸)40秒浸泡和SC1(过氧化铵混合物)浸泡完成。
较佳地，在BPSG工艺中断后进行干法刻蚀之前测量所述所得产品中的BPSG膜层的厚度，结合所述干法刻蚀刻蚀BPSG膜层的速率，计算出所述干法刻蚀刻蚀BPSG膜层所需的时间。
较佳地，所述第一厚度结合所述干法刻蚀刻蚀LTO-PETEOS膜层的速率，计算出所述干法刻蚀刻蚀LTO-PETEOS膜层所需的时间。
较佳地，在使用湿法工艺清洗所述干法刻蚀的残留物之前进行BPSG膜厚测量，判断所述BPSG膜层的厚度是否为零，若否则继续进行所述干法刻蚀。
本发明还提供一种半导体中间产品，所述半导体中间产品包括晶圆、位于所述晶圆之上的LTO-PETEOS膜层和位于所述LTO-PETEOS膜层之上的BPSG膜层，所述BPSG膜层使用前述的BPSG膜层处理方法制作而成。
在符合本领域常识的基础上，上述各优选条件，可任意组合，即得本发明各较佳实例。
本发明的积极进步效果在于：通过对BPSG工艺中断后BP％浓度和膜质已经变化的BPSG的膜层进行干法刻蚀去除，保证有问题的BPSG膜层彻底去除干净，而后再补长全部BPSG膜层，保证返工的BPSG膜层BP％无偏离和膜质完好无损。进一步地，去除BPSG膜层时将其底下的LTO-PETEOS膜层也去除一部分，LTO-PETEOS膜层的厚度要有一部分保留，补长BPSG膜层之前生长去除掉的LTO-PETEOS膜层，能更好地保证返工的BPSG膜层的BP％和膜质的质量。
附图说明
图1为BPSG工艺完成后的所得产品示意图。
图2为BPSG工艺中断时的所得产品示意图。
图3为BPSG工艺中断后直接返工的所得产品示意图。
图4为本发明实施例1的BPSG膜层处理方法的流程图。
图5为本发明实施例2的BPSG膜层处理方法的流程图。
图6为本发明实施例2的BPSG膜层处理方法的膜层刻蚀速率图。
图7为本发明实施例2的BPSG膜层处理方法的过程示意图。
具体实施方式
下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。
实施例1
BPSG工艺通常是在晶圆上先生长一层2000A(埃米，1A＝10-10米)左右的LTO-PETEOS膜层，然后再在其上生长BPSG膜层，正常情况下BPSG工艺完成后产生的所得产品如图1所示。BPSG工艺由于规则参数改变或者机台报警引起BPSG工艺中断时，此时产生的所得产品如图2所示，在工艺中断过程中及末期生长的BPSG膜层的膜质(即图2中的报警层)与正常工艺时生长的膜层的膜质会有很大的区别，尤其是其中BP％的含量会差别很大。此时如果在图2的基础上根据目标厚度直接返工生长剩余厚度的BPSG膜层，就会造成BPSG膜层中间夹杂着一层BP％浓度不同及膜质也不同的报警层，得到如图3所示的直接返工的所得产品，其中报警层的膜质比较疏松，导致后续工艺流程中刻蚀Contact孔(接触孔)的边缘容易坍塌，严重影响后续产品的可靠性，甚至产品报废，造成返工成功率低。
针对这种情况，本实施例提供一种BPSG膜层处理方法，如图4所示，该BPSG膜层处理方法包括以下步骤：
S101、对BPSG工艺中断后的所得产品进行干法刻蚀，将所得产品中的BPSG膜层全部刻蚀掉。
本实施例首先对BPSG工艺中断后的所得产品(即图2所示的产品结构)进行干法刻蚀，将所得产品中的BPSG膜层全部刻蚀掉，即将BPSG工艺中断时已经生长的BPSG膜层(包括图2中的报警层及报警层下BP％正常的BPSG膜层)全部刻蚀掉，后期全部重新生长，以避免返工完成的BPSG膜层中夹杂BP％浓度不同和膜质不同的报警层，影响BPSG膜层质量。干法刻蚀要保证刻蚀到LTO-PETEOS膜层，即需要保证BPSG膜层全部刻蚀干净。
为进一步确保BPSG膜层全部刻蚀干净，在干法刻蚀完成后，进行BPSG膜厚测量，判断BPSG膜层的厚度是否为零，若是则进入步骤S102，若否则返回步骤S101继续进行干法刻蚀，直到BPSG膜层的厚度为零。
S102、使用湿法工艺清洗干法刻蚀的残留物，并对干法刻蚀后的LTO-PETEOS膜层的表面进行平滑处理。
干法刻蚀后的残留物需要去除干净，同时还需要对干法刻蚀后的LTO-PETEOS膜层的表面进行平滑处理。本实施例使用湿法工艺SPM(7:1)+40sHF(100:1)+SC1(1:2:10)进行上述操作：
首先使用浓度7：1的SPM(硫酸-过氧化氢混合液)进行非有机去胶；
然后使用浓度100：1的HF(氢氟酸)进行40秒的浸泡；
最后使用SC1(过氧化铵混合物)NH4OH(28％)：H2O2(30％)：DI水＝1:2:10在70～80℃温度范围内进行10分钟处理，去除有机残留及某些金属。
最后得到表面平滑的LTO-PETEOS膜层，可以进入生长BPSG膜层步骤。
S103、在LTO-PETEOS膜层的表面生长目标厚度的BPSG膜层。
在步骤S102得到的表面平滑的LTO-PETEOS膜层的表面生长目标厚度的BPSG膜层，这样返工得到的BPSG膜层与正常生长的膜层完全相同，不会发生BP％浓度的偏离和膜质的改变，保证了返工的成功率。
本实施例通过对BPSG工艺中断后BP％浓度和膜质已经变化的BPSG的膜层进行干法刻蚀全部去除，保证有问题的BPSG膜层彻底去除干净，而后再补长全部BPSG膜层，保证返工的BPSG膜层BP％无偏离和膜质完好无损，从而保证后续产品的可靠性，BPSG膜层的返工成功率可达100％。
实施例2
本实施例是在实施例1的基础上进一步改进而得的。如图5所示，该BPSG膜层处理方法包括如下步骤：
S201、测量BPSG工艺中断后的所得产品中的BPSG膜层的厚度，计算出干法刻蚀刻蚀BPSG膜层所需的时间；通过第一厚度计算出干法刻蚀刻蚀LTO-PETEOS膜层所需的时间。
如图6所示，BPSG工艺通常是在晶圆上先生长一层2000A左右的LTO-PETEOS膜层，然后再在其上生长BPSG膜层(图中省略了晶圆)，这两个膜层的干法刻蚀速率是不一样的，LTO-PETEOS膜层的干法刻蚀速率是3300A/min(埃/分钟)，BPSG膜层的干法刻蚀速率是6000A/min。
在进行干法刻蚀之前，测量BPSG工艺中断后的所得产品中的BPSG膜层的厚度，结合BPSG膜层的干法刻蚀速率6000A/min，可以计算出干法刻蚀刻蚀BPSG膜层所需的时间。干法刻蚀要保证将BPSG膜层全部刻蚀干净，可以刻蚀第一厚度的LTO-PETEOS膜层，通过第一厚度和LTO-PETEOS膜层的干法刻蚀速率3300A/min，计算出干法刻蚀刻蚀LTO-PETEOS膜层所需的时间。此处注意，第一厚度小于LTO-PETEOS膜层的规定厚度，并且保证LTO-PETEOS膜层的规定厚度与第一厚度的差值要在一个预设阈值以上，本实施例中该预设阈值取值500A，使LTO-PETEOS膜层的厚度有500A的保留。整个干法刻蚀的时间等于刻蚀BPSG膜层所需的时间加上刻蚀LTO-PETEOS膜层所需的时间。
S202、对所得产品进行干法刻蚀，将所得产品中的BPSG膜层全部刻蚀掉。
步骤S202与实施例1的步骤S101基本相同，干法刻蚀的时间使用步骤S201中计算得到的时间，将BPSG膜层全部刻蚀掉，此处不再赘述。
S203、继续将LTO-PETEOS膜层刻蚀掉第一厚度。
该步骤紧接步骤S202，在将所得产品中的BPSG膜层全部刻蚀掉后，再继续向下刻蚀，将LTO-PETEOS膜层刻蚀掉第一厚度，以保证BPSG膜层被全部刻蚀掉。
S204使用湿法工艺清洗干法刻蚀的残留物，并对干法刻蚀后的LTO-PETEOS膜层的表面进行平滑处理。
该步骤与实施例1的步骤S102相同，此处不再赘述。
S205、在LTO-PETEOS膜层的表面生长第一厚度的LTO-PETEOS膜层。
由于在步骤S203中将LTO-PETEOS膜层刻蚀掉了第一厚度，所以需要将LTO-PETEOS膜层补长第一厚度，以使返工的LTO-PETEOS膜层厚度仍然在2000A。在步骤S204得到的表面平滑的LTO-PETEOS膜层的表面生长第一厚度的LTO-PETEOS膜层，保证LTO-PETEOS膜层的厚度不变。
S206、在LTO-PETEOS膜层的表面生长目标厚度的BPSG膜层。
LTO-PETEOS膜层补长完毕后，在LTO-PETEOS膜层的表面生长目标厚度的BPSG膜层，这样返工得到的BPSG膜层与正常生长的膜层完全相同，不会发生BP％浓度的偏离和膜质的改变，保证了返工的成功率。
本实施例的整个过程如图7所示，规则参数改变或机台报警引起BPSG工艺中断，此时的所得产品包括晶圆(在图中省略)、正常的LTO-PETEOS膜层、正常的BPSG膜层和报警时的BPSG膜层，其中报警层的BP％发生偏离；经过干法刻蚀去除掉BPSG膜层和部分的LTO-PETEOS膜层，变为表面粗糙的LTO-PETEOS膜层；经过湿法工艺进行表面清洗和平滑处理，再在光滑表面的LTO-PETEOS膜层上淀积LTO-PETEOS膜层和BPSG膜层，最后生成完全正常的LTO-PETEOS膜层和BPSG膜层。
本实施例在实施例1的基础上，去除BPSG膜层时将其底下的LTO-PETEOS膜层也去除一部分，LTO-PETEOS的膜层要有一部分保留，补长BPSG膜层之前生长去除掉的LTO-PETEOS膜层，能更好地保证返工的BPSG膜层的BP％和膜质的质量。
虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种BPSG膜层处理方法，其特征在于，所述BPSG膜层处理方法用于对BPSG工艺中断后的所得产品中的BPSG膜层进行处理，所述所得产品还包括位于所述BPSG膜层之下的LTO-PETEOS膜层以及位于所述LTO-PETEOS膜层之下的晶圆，所述BPSG膜层处理方法包括以下步骤：
对所述所得产品进行干法刻蚀，将所述所得产品中的BPSG膜层全部刻蚀掉；
使用湿法工艺清洗所述干法刻蚀的残留物，并对干法刻蚀后的所述LTO-PETEOS膜层的表面进行平滑处理；
在所述LTO-PETEOS膜层的表面生长目标厚度的BPSG膜层。
2.如权利要求1所述的BPSG膜层处理方法，其特征在于，在将所述所得产品中的BPSG膜层全部刻蚀掉后，继续干法刻蚀以将所述LTO-PETEOS膜层刻蚀掉第一厚度，所述第一厚度小于所述LTO-PETEOS膜层的规定厚度；
在所述LTO-PETEOS膜层的表面生长目标厚度的BPSG膜层之前，生长所述第一厚度的LTO-PETEOS膜层。
3.如权利要求2所述的BPSG膜层处理方法，其特征在于，所述LTO-PETEOS膜层的规定厚度与所述第一厚度的差值大于一预设阈值。
4.如权利要求3所述的BPSG膜层处理方法，其特征在于，所述预设阈值为500A。
5.如权利要求1所述的BPSG膜层处理方法，其特征在于，所述湿法工艺依次使用SPM去胶、HF40秒浸泡和SC1处理完成。
6.如权利要求1所述的BPSG膜层处理方法，其特征在于，在BPSG工艺中断后进行干法刻蚀之前测量所述所得产品中的BPSG膜层的厚度，结合所述干法刻蚀刻蚀BPSG膜层的速率，计算出所述干法刻蚀刻蚀BPSG膜层所需的时间。
7.如权利要求2所述的BPSG膜层处理方法，其特征在于，所述第一厚度结合所述干法刻蚀刻蚀LTO-PETEOS膜层的速率，计算出所述干法刻蚀刻蚀LTO-PETEOS膜层所需的时间。
8.如权利要求1所述的BPSG膜层处理方法，其特征在于，在使用湿法工艺清洗所述干法刻蚀的残留物之前进行BPSG膜厚测量，判断所述BPSG膜层的厚度是否为零，若否则继续进行所述干法刻蚀。
9.一种半导体中间产品，其特征在于，所述半导体中间产品包括晶圆、位于所述晶圆之上的LTO-PETEOS膜层和位于所述LTO-PETEOS膜层之上的BPSG膜层，所述BPSG膜层使用如权利要求1-8中任意一项所述的BPSG膜层处理方法制作而成。
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